廢氣處理低溫等離子體形（xíng）成過程（chéng）及發生技術

在天天操天天爱综合（men）常見的有機廢氣處理設備裏麵，低溫等離子體也是較為常見的一種（zhǒng）設備之一，小編來為您簡單介（jiè）紹一下低溫等離子體（tǐ）的形成過程及發生技術（shù）。
1.低溫等（děng）離子體形成過程
低溫等離子體在形成過（guò）程中，其電子能量（liàng）可達到1～20eV(11600～250000K)，因此，其具有較高的化學反應活性。低溫等離子體在（zài）殘餘化學反應的過程從時間尺度可分為以（yǐ）下幾個過程，對應的示意圖見圖9-2。
①第一步是皮秒級的電子躍遷，電子從基態躍遷到激發態（tài）。
②第二步（bù）發生在納秒級尺度。不同能量（liàng）溫度狀態（tài）的電（diàn）子通過旋轉（zhuǎn）激發（fā）、振動激發、離解和電（diàn）離等非彈性碰撞形式將內能傳（chuán）遞給氣體分子後，一部分以熱量的形式散發掉，另一部分則用於產生自由（yóu）基等活性離子。
③在形成自由基活性離子（zǐ）後，自由基及正負離子間會引發線性或非線性鏈反應（yīng），該反應（yīng）發生在微秒級尺（chǐ）度（dù）。
④最後，是（shì）由鏈反應（yīng）導（dǎo）致的毫秒到（dào）秒量（liàng）級的分子間發生（shēng）熱化學（xué）反應。

低溫等離子（zǐ）體（tǐ）對VOCs廢氣（qì）處理時，其主（zhǔ）要的反應進程與之前所述（shù）一致。首先是高能電子與分子（zǐ）間（jiān）碰撞反應引發活性自由基，而後，自由基會與有機氣體分子結合反應，達到淨化氣體的目的。低溫等離子體淨化（huà）VOCs的作用機（jī）理根據目標汙染物的差（chà）異而不同。鹵代烴分子具有較強的極（jí）性，具有較強的吸電子能力，因此，其易受到高能電子的攻擊而降解（jiě）;烴類VOCs化學性質相對活浚，其易與自由基結合而發生化學反應（yīng），但在（zài）高壓放電過程（chéng）中進行的化學（xué）反應主要是離子反應。反應的最終（zhōng）產物也因（yīn）反（fǎn）應條件不同而異。在高溫、高能量密（mì）度環境下處理低濃度有機氣體時，氧化反應起到主導作用，最終的產物主要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機氣體時，生成產物的中間體更容易發生（shēng）鏈加成反應而生成固態或者液態的有機物。因此，在VOCs廢氣處理過程中，通過相關技（jì）術控製反應條件，對於VOCs的處理至關重要。

2. 低（dī）溫等離子體發生技術
在不同的激勵電壓波形下，反應器產生不同的放電模式。低溫等離子體發生技術根據反應器類型主要分為電暈、沿麵、介質阻擋等幾種形式。在治理多組分VOCs汙染氣體時通常采（cǎi）用多種放電方（fāng）式（shì）相結合的方式， Mizuno等研究采用毛細玻璃石英管和Al2O2球顆粒模擬蜂窩催化劑，通過交、直流電耦合的形式，證明可在催化劑表麵產生大麵（miàn）積的等離子體，為淨化汽（qì）車尾氣提供了方向與依據。主要的放電技術簡述如下。
(1)電暈放電
①直流電暈（yūn）放（fàng）電在空氣中直流（liú）電暈（yūn）放電（diàn）有流光與輝（huī）光兩種（zhǒng）形式。當電子躍（yuè）遷產生的空間電荷誘導形成場強與（yǔ）外部施加電場的場強在同一數量級時，則形成流光電暈。形成的流光等離子體向場強增強的方向運動（dòng）。據理論（lùn）計算，流光等離子（zǐ）體在傳插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場強通常維持在100～200kV/cm，遠大（dà）於外部（bù）施加電場產生的自（zì）由基等活性子（zǐ）。在流光等離子體產生過程中，需（xū）要施加一特定強度的（de）外（wài）部電場以產生長距離流光（guāng）通道。電場場（chǎng）強不能過低，場強過（guò）低會使流光不能貫穿於高（gāo）低壓電極之間，影響放電區域的大小。
對於直流高壓激勵的等（děng）離子體係統，由於電（diàn）壓的（de）變化（huà）速度（dù）很低，因此難以得到一個使流光通道形成的峰值場（chǎng）強。在（zài）這種情況下，放電裝置會形成以（yǐ）離子電流為（wéi）主的輝光電（diàn）暈。輝光電暈的放電（diàn）區域僅局限在高壓電極附近，在（zài）整個電場內產生的自由基較（jiào）少，不利（lì）於氧化VOCs氣體。因此，該（gāi）技（jì）術主要應用在電除塵領域。有研究發現空氣（qì）中摻雜一（yī）定量的（de）二氧化碳（tàn）會使（shǐ）輝光電暈向流光電暈（yūn）轉變。但該過（guò）程極易（yì）受到流場分布、氣體成分和電極結構（gòu）的影響，在實際應用中很難控製放電模式的變化。

②脈衝電暈放電脈（mò）衝（chōng）電暈放電係統中主要采用（yòng）納秒級脈衝供電係統，係統的放電效率主要受到開關性能、電源與反應器的匹配性等因素的影響。一般而言，目前常用的開關有火花開關、磁壓（yā）縮開關和固體開關。開關的選擇一般應優先考慮價格成本低、阻抗小（xiǎo）、耐受電壓性好、使用壽命長的開關。同時，也要對反應器進行（háng）精密設計，使其與電源進（jìn）行合理匹配（pèi），這樣將極大地提高能量從電（diàn）源到負載的傳輸效率、延長開關的使用壽命。
③交直流疊加流光放（fàng）電交直流疊加流光放電係統過電（diàn）壓遠小於納秒短（duǎn）脈衝，流光特性也根據過電壓係統高低（dī）有較大差別。在其放電區域存（cún）在約20％的離子電流，能夠同時淨（jìng）化有機氣體和收集（jí）細顆粒物。圖9-3所（suǒ）示為典型的交直（zhí）流疊加供電電源及相應電壓波形圖。交流電源（yuán）與直（zhí）流電源通過一個大電容耦合產生（shēng）AC/DC電壓波（bō）形。這種電源運行的峰值電壓接近閃絡值時，オ會得（dé）到較大的等離子體注入功率。偶然（rán）的閃絡會使耦合電容向反應器瞬間（jiān）放電，造成耦合失敗。此外，由於流光AC/DC等離子體是以自持放電的形式從高壓電極隨機產（chǎn）生，電暈電流（liú）遠小於（yú）納秒（miǎo）短脈衝的供電方式，因此一般單脈衝能量較低。
(2)沿麵放（fàng）電沿麵放電反應器的結構主體（tǐ）為致（zhì）密的陶瓷材料，在陶瓷內部埋有金屬板（bǎn）作為（wéi）接地極，陶瓷一側的沿麵上布置導電條作為高壓電極，另一側作為（wéi）反應器（qì）的散（sàn）熱麵。在中、高頻電壓作用下，電流從放電極（jí）沿（yán）陶瓷（cí）沿麵延伸，在陶瓷沿麵形成（chéng）許多細微的流注通道（dào），進行放電，使（shǐ）氣（qì）態汙染物反應降解。20世紀90年代，日本（běn）科學家（jiā）首先在世界上研製出了最先進的“陶瓷沿（yán）麵（miàn）放電（diàn）技術”，此技術不僅使氣體放電麵積增大，同時電極（jí）溫度也較低，
從而（ér）大大延長（zhǎng）了其（qí）使用的壽命。大氣壓下的沿麵放電有著很好的工業應（yīng）用前景，對於（yú）甲苯、丙、氯氟烴等有機廢（fèi）氣處理效果較好，適合處理（lǐ）CHCl3和（hé）CFC-11等難降解有機物（wù）。

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